13-光伏電站設(shè)計PPT課件

1、光伏電站設(shè)計1標(biāo)題添加點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容總體概述點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容標(biāo)題添加點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容2實例說明光伏電站的設(shè)計光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響3總體技術(shù)方案 “集中安裝建設(shè),多支路上網(wǎng)” 在電氣線路上,分為8個獨立的1MWp分系統(tǒng),分別發(fā)電上網(wǎng); 1MWp分系統(tǒng)包括5個200kWp 的發(fā)電單元、一臺1000kVA變壓器; 每個發(fā)電單元由200kWp組件、200kVA并網(wǎng)逆變器組成,輸出0.4kV三相交流電. 特點: 每個200kWp的發(fā)電單元即是一個低壓并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) * 直接并網(wǎng)給用戶供電, * 經(jīng)變壓器升壓后并入高壓電網(wǎng) 8個獨立的1MWp并網(wǎng)光伏分系

2、統(tǒng)之間沒有任何電氣聯(lián)系. * 可分別實施工程建設(shè)及運行與維護(hù)管理; * 局部故障檢修時不影響整個系統(tǒng)的運行. 可靈活地以各種“交鑰匙工程”方式進(jìn)行項目建設(shè) : * 整體承包、分系統(tǒng)承包、單個發(fā)電單元分包等. 便于進(jìn)行各種不同元器件設(shè)備、不同技術(shù)設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能評估. * 國產(chǎn)設(shè)備和進(jìn)口設(shè)備; * 晶體硅、非晶硅、及其他組件; * 不同安裝方式(固定式、單軸跟蹤及全跟蹤等) 以敦煌某8MWp并網(wǎng)電站為例4圖1. 單個發(fā)電單元原理框圖 圖2 1MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電分系統(tǒng)原理框圖 5圖3 8MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)原理總框圖6二. 系統(tǒng)構(gòu)成 光伏陣列: 包括太陽電池組件、支承結(jié)構(gòu)(支架及基礎(chǔ)等)、接線

3、箱、電纜電線等; 直流-交流逆變設(shè)備: 包括直流屏、配電柜、并網(wǎng)逆變器等; 升壓并網(wǎng)設(shè)施: 包括升壓變壓器、戶外真空斷路器、高壓避雷器等; 控制檢測系統(tǒng): 包括系統(tǒng)控制裝置、數(shù)據(jù)檢測及處理與顯示系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息交換設(shè)備等; 附屬設(shè)施: 防雷及接地裝置、清潔設(shè)備、廠房及辦公室、圍欄、通道及道路等.7 三. 主要設(shè)備及其主要技術(shù)要求 太陽電池組件: 總?cè)萘?MWp.優(yōu)選晶體硅組件.適量試用其他組件. 支承結(jié)構(gòu): 足夠的強(qiáng)度;防腐蝕. 并網(wǎng)逆變器: 有最大功率跟蹤(MPPT)功能;效率93. 升壓變壓器: 控制檢測及遠(yuǎn)程信息交換: 采集并記錄運行數(shù)據(jù)，如氣象資料、電性能參數(shù)、設(shè)備工作狀態(tài)等; 執(zhí)行相關(guān)

4、的控制操作,如切合逆變器的輸出、太陽電池方陣的輸出, 有自動跟蹤時太陽電池方陣的跟蹤控制等; 系統(tǒng)故障的自動保護(hù)功能,記錄并保存故障信息,發(fā)送報警信號; 遙控、遙測等遠(yuǎn)程信息交換功能. 機(jī)房與辦公室: 防雷及接地保護(hù): 符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)要求; 直流側(cè)與交流側(cè)都需有接地保護(hù); 有足夠的防雷保護(hù)范圍,并且不得遮擋光電場的太陽輻射. 場地道路: 防護(hù)圍欄: 足夠的高度和強(qiáng)度以滿足防護(hù)要求; 距光伏方陣有一定的距離以免遮擋光電場的太陽輻射.8四. 發(fā)電量預(yù)測1. 氣象資料表2. 敦煌地區(qū)太陽輻射數(shù)據(jù)表92. 傾斜面光伏陣列表面的太陽輻射量:從氣象站得到的資料,一般為水平面上的太陽輻射量,須換算成

5、光伏陣列傾斜面的輻射量,才能進(jìn)行光伏系統(tǒng)發(fā)電量的計算.計算日輻射量的公式: R= Ssin(-)/sin + D式中; R 傾斜方陣面上的太陽總輻射量 D 散射輻射量,假定D與斜面傾角無關(guān); S 水平面上的太陽直接輻射量 方陣傾角 中午時分的太陽高度角.對于北半球地理緯度=的地區(qū), 與太陽赤緯角的關(guān)系如下: = 900 -+其中, =23.45*sin360*(284+N)/365(度), N為一年中某日的日期序號，如1月1日的N=1,2月1日的N=32, 12月31日的N=365等。10表3. 敦煌地區(qū)不同角度傾斜面的太陽輻射量表(kWh/m2)(緯度 = 40.6) 從表中可以看出: +

6、傾角等于38時,全年所接收到的太陽輻射能最大,比水平面的數(shù)值高約18.7%. + 傾角在3642之間(即=0.91.05)時,全年太陽輻射量差別不大. + 即使傾角在30 50之間改變, 對傾斜面太陽輻射量的影響也不超過1.5%.11表4. 敦煌地區(qū)各月最佳傾角的角度及對應(yīng)太陽輻射量表(kWh/m2) 每月改變一次角度,使斜面處于最佳傾角位置,全年所接收到的太陽能比固定傾角為38安裝的傾斜面所接收到的太陽能大約高3%.12 3. 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的效率分析 1).光伏陣列效率1: 光伏陣列在1000W/太陽輻射強(qiáng)度下,實際的直流輸出功率與標(biāo)稱功率之比. 光伏陣列在能量轉(zhuǎn)換與傳輸過程中的損失包括:

7、組件匹配損失:對于精心設(shè)計、精心施工的系統(tǒng),約有4%的損失; 太陽輻射損失:包括組件表面塵埃遮擋及不可利用的低、弱太陽輻射損失,取值5%; 偏離最大功率點損失:如溫度的影響、最大功率點跟蹤(MPPT)精度等.取值4%; 直流線路損失:按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,應(yīng)小于3%. 得: 1 = 96% 95% 96% 97% = 85%2).逆變器的轉(zhuǎn)換效率2 : 逆變器輸出的交流電功率與直流輸入功率之比. 對于大型并網(wǎng)逆變器,可取 1 = 95%.3). 交流并網(wǎng)效率3: 從逆變器輸出至高壓電網(wǎng)的傳輸效率,其中最主要的是變壓器的效率.可取3 = 5%. 系統(tǒng)的總效率等于上述各部分效率的乘積: = 123 =

8、85%95%95% = 77%134. 敦煌8MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量測算: 依據(jù): 敦煌地區(qū)太陽輻射量 系統(tǒng)組件總功率8MWp 系統(tǒng)效率77% 光伏陣列傾角等于40,固定式安裝: 年發(fā)電量約 1,392 萬千瓦小時; 25年的總發(fā)電量約為3.2億千瓦小時,年平均發(fā)電1,280萬千瓦小時 (按25年輸出衰減15%計算). 每月調(diào)節(jié)一次傾角的情況下,全年總發(fā)電量比40固定傾角時增加3%. 有關(guān)資料表明: 單軸跟蹤陣列比固定傾角安裝的年發(fā)電量增加約20%, 雙軸跟蹤比固定傾角安裝年發(fā)電量增加30%以上.14表5-1. 敦煌8MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量測算表(單位:萬kWh) 說明: 1. 此

9、表根據(jù)敦煌地區(qū)的氣象資料, 按系統(tǒng)效率77%計算. 2. 根據(jù)有關(guān)資料,單軸跟蹤比固定傾角增加約20%,雙軸跟蹤比固定傾角增加30%以上. 15表5-2. 敦煌太陽輻射及8MWp并網(wǎng)光伏系統(tǒng)發(fā)電量測算表(單位:萬kWh) 敦煌太陽輻射量及8MWp并網(wǎng)光伏系統(tǒng)發(fā)電量與月份關(guān)系曲線 16五. 技術(shù)設(shè)計實例 完整的系統(tǒng)設(shè)計方案應(yīng)包括:系統(tǒng)配置圖、太陽能電池方陣的設(shè)計、逆變器的設(shè)計、輸變電設(shè)計、防雷接地設(shè)計、土建設(shè)計（機(jī)房、變電站面積和布局、場內(nèi)道路、光伏組件基礎(chǔ)、防雷接地基礎(chǔ)、圍欄、接線）等。本案例僅做初步的電氣設(shè)計及系統(tǒng)規(guī)模和主要技術(shù)參數(shù).1. 主要設(shè)備選項 1). 太陽電池組件: 國產(chǎn)160Wp

10、多晶硅太陽電池組件. 2). 并網(wǎng)逆變器: 性能可靠、效率高、可進(jìn)行多機(jī)并聯(lián)的進(jìn)口產(chǎn)品，額定容量為200kW. 3). 交流升壓變壓器: 國產(chǎn)(0.4)KV/(35-38.5)KV電力變壓器,容量1000KVA. 4). 避雷裝置: 裝設(shè)避雷設(shè)施防直接雷擊,并需有良好的接地.17表6. 太陽電池組件性能參數(shù)表表7. 并網(wǎng)逆變器性能參數(shù)表18 2. 太陽能電池方陣設(shè)計1). 200kWp 發(fā)電單元的光伏方陣設(shè)計: 18塊 組件串聯(lián)得到逆變器所要求的電壓 驗算: 最高輸出電壓 = 792 V ; 最大功率點電壓= 640.8V; 組件結(jié)溫比標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)升高70時,最大功率點電壓 = 461V. 逆變器

11、輸入電壓(450-800V),最大輸入電壓(880V), 滿足逆變器使用要求。 70路 并聯(lián)組成200kWp 發(fā)電單元 單個發(fā)電單元的容量為：7018160Wp=201,600Wp = 201.6 kWp2) 40個發(fā)電單元組成8MWp并網(wǎng)系統(tǒng) 系統(tǒng)總?cè)萘? P=40201.6 = 8,064 kWp 需用 160Wp太陽能電池組件總數(shù)量: M=407018 50,400（塊）193). 太陽能電池方陣支承結(jié)構(gòu)設(shè)計 安裝方式設(shè)計: 固定式. 結(jié)構(gòu)簡單,安全可靠,安裝調(diào)試及管理維護(hù)都很方便. 固定式支架傾角設(shè)計: 根據(jù)年發(fā)電量計算結(jié)果, 傾角定為40。 方陣支架方位角的設(shè)計: 一般情況下,太陽能

12、電池方陣應(yīng)面向正南安裝. 太陽能電池陣列間距的設(shè)計計算: 光伏方陣陣列間距應(yīng)不小于D. 計算公式： 計算得: D = 6087mm. 取間距為 6.5米。(緯度 = 40.6, 傾角 = 400)支架間距計算圖204). 光電場太陽能電池陣列布置 組件排列: 縱向兩排, 218 = 36 塊組件.平面尺寸 14.5米3.2米. 單支架方陣面組件排列圖 200kWp 發(fā)電單元: 由70路串聯(lián)組件并聯(lián)組成,安裝在35個支架上. 1MWp的分系統(tǒng): 5個200kWp 發(fā)電單元,占地面積 =(72.5米320米). 8MWp并網(wǎng)系統(tǒng): 5 1MWp 子陣列組成,子陣列之間有通道. 總占地面積 = (5

13、58米552米) = 308,016 平方米 21200kWp 發(fā)電單元的光伏陣列布置圖(左) 1MWp分系統(tǒng)的光伏陣列排布圖 (下)228MWp 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)光電場平面布置全圖說明: 光電場占地總面積: 558552 = 308,016 房屋建筑總占地面積: 3,000 . 圖中: 1 - 南大門2 - 機(jī)房控制室及辦公室3 - 升壓變電站4 - 東大門233. 避雷、防雷及接地保護(hù)的設(shè)計1).場地防雷 目的: 使光電場及附屬設(shè)施免遭直接雷擊. 方式: 避雷針 避雷帶. 避雷針: 30米高的避雷針,被保護(hù)物高度 5米: 單支避雷針保護(hù)半徑為35米 兩支避雷針的保護(hù)間距175（米） 大面積防護(hù)

14、,須采用網(wǎng)點結(jié)構(gòu),布建多座避雷塔,會遮擋太陽輻射. : 顯然, 光伏陣列的防雷不宜用避雷針方式. 避雷帶: 將金屬導(dǎo)體沿被保護(hù)物頂部輪廓敷設(shè),并保持適當(dāng)距離,消引雷電荷、避免直接雷擊. 陣列支架本身就是金屬導(dǎo)體,只要將支架良好接地,即可達(dá)到防雷效果.2).電網(wǎng)線路防雷 直流側(cè)的防雷: 逆變器內(nèi)部有防雷系統(tǒng); 交流側(cè)的防雷: 使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的避雷器。3).系統(tǒng)接地保護(hù)設(shè)計： 雷電保護(hù)系統(tǒng)的接地電阻應(yīng)符合DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合的要求; (一般不應(yīng)大于10，在高土壤電阻率地區(qū)的接地電阻不應(yīng)大于30). 線路接地系統(tǒng)應(yīng)符合 DL/T 621-1997 交流電氣裝

15、置的接地以及 DL499-92農(nóng)村低壓電力技術(shù)規(guī)程的技術(shù)要求(一般不應(yīng)大于4 ); 干旱戈壁灘的土層電阻率高，應(yīng)設(shè)置多個接地坑，放入長效降阻劑，埋設(shè)水平接地網(wǎng)以 降低接地電阻。244土建設(shè)計 光電場的規(guī)劃設(shè)計 用地面積： 558552 = 308,016平方米.其中,光伏陣列占地約21.3萬平方米; 圍欄：圍欄總長度（光電場+變電站）2,220米 光電場平面布置總圖: 房屋建筑總占地面積 = 3,000平方米. 各部分的占地面積: 機(jī)房、控制室: 100m20m = 2,000平方米; 工作間、庫房: 30m20m = 600平方米; 辦公室及會議室: 20m20m = 400平方米. 升壓變

16、電站,占地面積= 900平方米. 圍欄: 總長度2,220米,高度2.5米 采用透光的高速公路用鐵絲網(wǎng)圍欄，,距光伏陣列應(yīng)有20-30米的距離,以免遮擋太陽輻射. 方陣基礎(chǔ)設(shè)計: 混凝土現(xiàn)場澆鑄. 在澆鑄過程中預(yù)埋上端有螺紋的鋼筋. 應(yīng)符合GB 50202-2002 的要求。 每個方陣支架基礎(chǔ)體積為0.12立方米.25 5. 系統(tǒng)概貌及主要參數(shù) 1). 太陽電池組件: 國產(chǎn)160Wp多晶硅組件,總?cè)萘?.064MWp, 總計50,400塊組件. 組件總重量756噸. 2). 并網(wǎng)逆變器: 進(jìn)口產(chǎn)品,額定容量200kW.總計40臺,總?cè)萘?,000kkW. 總重量約56噸. 3). 交流升壓變壓

17、器: 國產(chǎn)0.4kV/35kV 電力變壓器, 額定容量1000 kVA. 8臺并聯(lián)上網(wǎng),總?cè)萘?,000 kVA. 4). 光伏陣列: 固定式面向正南安裝, 傾角40.總計40個200kWp的發(fā)電單元. 5). 組件支架: 200kWp發(fā)電單元的組件安裝在35個支架上.總計1,400個支架. 支架鋼材總重約840噸. 6). 支架基礎(chǔ): 每個支架用12個混凝土基礎(chǔ)上, 總共16,800個基礎(chǔ). 澆鑄基礎(chǔ)約需5,000噸水泥沙石. 7). 系統(tǒng)總占地面積: 約30萬平方米.其中光伏陣列約占21萬平方米. 8). 系統(tǒng)年總發(fā)電量: 約1,300萬kWh,平均每天發(fā)電3.6萬kWh 266. 敦煌8

18、MWP 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)投資概算 敦煌8MWp 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)初期總投資約為32,247萬元(見表8). 其中的設(shè)備成本及建設(shè)費用約為30,012萬元(見表9).表8. 敦煌8MWP 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)投資概算表27表9. 敦煌8MWP 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)投資概算分類明細(xì)表.28表10. 敦煌8MWP 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)投資概算分類明細(xì)表(續(xù)).29六. 技術(shù)方案設(shè)計與選擇要點1. 指導(dǎo)思想: 實用性、示范性、實驗性 開放式、積木式、多元化 標(biāo)稱容量; 8MWp ,適當(dāng)增減; 地點: 首選敦煌,漸及沿絲綢之路之大漠其他地域; 多樣化方式融資; 多元化技術(shù)方案及設(shè)備.2. 敦煌8MWp系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)

19、計原則: 集中安裝建設(shè),多支路上網(wǎng) 獨立分系統(tǒng): 在電氣線路上分為若干個獨立的分系統(tǒng),分別發(fā)電上網(wǎng). 低壓發(fā)電單元: 每個分系統(tǒng)由若干發(fā)電單元組成, 輸出0.4kV三相交流電. 太陽電池組件: 以晶體硅組件為主,少量選用其他成熟組件. 安裝方式: 以固定式安裝為主,少量采用跟蹤方式安裝. 并網(wǎng)逆變器: 以進(jìn)口設(shè)備為主,適當(dāng)選用國產(chǎn)研制設(shè)備. 升壓輸變電設(shè)施: 全部用國產(chǎn)設(shè)備. 檢測控制系統(tǒng): 性能可靠,自動化程度高,采集的數(shù)據(jù)資料準(zhǔn)確齊全. 廠區(qū)自用電: 配備少量蓄電池,按不間斷電源設(shè)計,容量約200kWh.3. 系統(tǒng)初設(shè)概貌 太陽電池組件標(biāo)稱總?cè)萘?MWp. 光伏陣列為固定式安裝, 傾角36

20、-42. 系統(tǒng)總占地面積約30萬平方米. 系統(tǒng)年平均發(fā)電量1,280萬kWh,平均每天3.5萬kWh 按25年輸出衰減15%計算,8MWp系統(tǒng)25年的總發(fā)電量約為3.2億千瓦時30實例說明光伏電站的設(shè)計光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響31我國的太陽能光伏發(fā)電呈現(xiàn)出“大規(guī)模集中開發(fā)、中高壓接入”與“分散開發(fā)、低電壓就地接入”并舉的發(fā)展趨勢。大型電站形式分布式電源形式光照資源的隨機(jī)性、間歇性、周期性是光伏電站對電網(wǎng)產(chǎn)生影響的最主要因素與常規(guī)電源相比光伏發(fā)電的自身特點通過電力電子器件并網(wǎng)沒有旋轉(zhuǎn)部件：沒有慣性、沒有阻尼3. 光伏發(fā)電對電網(wǎng)的影響32光伏發(fā)電通過電力電子逆變器并網(wǎng)，易產(chǎn)生諧波、三相電流不平衡；輸出

21、功率隨機(jī)性易造成電網(wǎng)電壓波動、閃變建筑光伏直接在用戶側(cè)接入電網(wǎng)，電能質(zhì)量問題直接影響用戶的電器設(shè)備安全。電能質(zhì)量問題浙江示范工程在10kV接入、400V接入、220V接入系統(tǒng)中，都檢測到諧波電流總畸變率偏高的問題。隨著容量的增大，諧波電流對電網(wǎng)的影響將進(jìn)一步加大。33太陽能資源具有間歇性、周期性、波動性、周期性等特點。當(dāng)光伏發(fā)電在電源中的比例不斷增大的時候，對電網(wǎng)調(diào)峰的影響將愈加顯著。光伏電源只在白天發(fā)電，具有一定的正調(diào)峰特性解決光伏發(fā)電的短期功率波動問題、如何利用光伏發(fā)電的正調(diào)峰特性進(jìn)行合理的經(jīng)濟(jì)調(diào)度解決輸電通道的利用率問題。電網(wǎng)調(diào)頻與經(jīng)濟(jì)運行問題西藏羊八井100kW電站：最大功率變化率每分

22、鐘70；浙江示范工程（運行3個月）：250kW屋頂工程實測最大功率變化率為每分鐘2060kW屋頂工程實測最大功率變化率為每分鐘2534采用“集中開發(fā)、高壓送出”模式開發(fā)的大規(guī)模光伏電站多集中在西北、華北等日照資源豐富的荒漠/半荒漠地區(qū)，而這些地區(qū)一般地域范圍廣而本地負(fù)荷小，光伏電站的電力需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送。隨著光伏電站數(shù)量和規(guī)模的不斷加大，光照短期波動和周期性變化引起的線路電壓超限現(xiàn)象將逐步出現(xiàn)，長距離輸電的電壓穩(wěn)定性問題將成為制約大規(guī)模光伏電站建設(shè)開發(fā)的主要因素之一。光伏發(fā)電的運行控制特性完全由電力電子逆變器決定，沒有轉(zhuǎn)動慣量和阻尼特性，與常規(guī)發(fā)電機(jī)組有較大的區(qū)別。光伏發(fā)電的大規(guī)模接入對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定分析提出了新的挑戰(zhàn)。大電網(wǎng)穩(wěn)定控制問題35根本原因：我國的中、低壓配電網(wǎng)主要是中性點不接地(或經(jīng)消弧線圈接地)系統(tǒng)，采用單側(cè)電源輻射型供電網(wǎng)絡(luò)。光伏電源接入配電網(wǎng)，使配電系統(tǒng)從放射狀結(jié)構(gòu)變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu)，潮流和短路電流大小、流向以及分布特性均發(fā)生改變。配電網(wǎng)的運行控制問題36電壓調(diào)節(jié)問題原有的調(diào)壓方案不能滿足接入分布式電源后的配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)要求。